特開 2024-122145 遠心ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122145

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】遠心ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 1/08 20060101AFI20240902BHJP

【ＦＩ】

F04D1/08 A

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029524

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000226242

【氏名又は名称】日機装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141173

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 啓一

(72)【発明者】

【氏名】久保田 康志

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA06

3H130AA30

3H130AA32

3H130AB22

3H130AB42

3H130AB62

3H130AB65

3H130AB68

3H130AB69

3H130AC01

3H130BA74A

3H130BA74C

3H130CA01

3H130CA21

3H130CB00

3H130DA02Z

3H130DC12X

(57)【要約】

【課題】遠心ポンプにおいて軸スラスト力の発生を抑制する。
【解決手段】本発明に係る遠心ポンプ１は、モータ３と、回転軸４と、第１インペラ６と、第２インペラ７と、第１インペラが収容される第１ポンプ室２３と、第２インペラが収容される第２ポンプ室２４と、回転軸が挿通される挿通孔２１ｃを備えて第１ポンプ室と第２ポンプ室とを区画する中央隔壁部２１と、を有してなる。第１インペラは、取扱液を第１方向側から吸い込む第１吸込口６５と、中央隔壁部に対向する第１シュラウド６２と、を備える。第２インペラは、取扱液を第２方向側から吸込む第２吸込口７５と、中央隔壁部に対向する第２シュラウド７２と、を備える。第１インペラと中央隔壁部との間には、挿通孔と連通する第１空間Ｓ１１が形成される。第２インペラと中央隔壁部との間には、挿通孔と連通する第２空間Ｓ２１が形成される。第２シュラウドの外径は、第１シュラウドの外径よりも大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータの駆動により回転する回転軸と、
前記回転軸に取り付けられて、取扱液を吸込み、吐出する第１インペラと、
前記回転軸に取り付けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を吸込み、吐出する第２インペラと、
前記第１インペラが収容される第１ポンプ室と、
前記回転軸の軸方向において前記第１ポンプ室と並んで配置されて、前記第２インペラが収容される第２ポンプ室と、
前記回転軸が挿通される挿通孔を備えて、前記第１ポンプ室と前記第２ポンプ室とを区画する中央隔壁部と、
を有してなり、
前記軸方向において、前記第２インペラに対して前記第１インペラが配置されている方向が第１方向であり、前記第１方向の反対側の方向が第２方向であり、
前記第１インペラは、
前記第１方向に向けられて、前記取扱液を前記第１方向側から吸い込む第１吸込口と、
前記中央隔壁部に対向する第１シュラウドと、
を備えて、
前記第２インペラは、
前記第２方向に向けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を前記第２方向側から吸込む第２吸込口と、
前記中央隔壁部に対向する第２シュラウドと、
を備えて、
前記第１インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第１空間が形成されて、
前記第２インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第２空間が形成されて、
前記第２空間と前記第１空間とは、前記挿通孔を介して互いに連通して、
前記第２シュラウドの外径は、前記第１シュラウドの外径よりも大きい、
遠心ポンプ。

【請求項2】

前記第２インペラと前記第２ポンプ室とにより構成される第２ポンプ部に設定される比速度は、前記第１インペラと前記第１ポンプ室とにより構成される第１ポンプ部に設定される比速度よりも小さい、
請求項１に記載の遠心ポンプ。

【請求項3】

前記第１インペラに対して前記第１方向側に配置されて、前記中央隔壁部と共に前記第１ポンプ室を区画する第１隔壁部と、
前記第２インペラに対して前記第２方向側に配置されて、前記中央隔壁部と共に前記第２ポンプ室を区画する第２隔壁部と、
を有してなり、
前記第１インペラは、前記第１シュラウドに対して前記第１方向側に配置される第３シュラウド、を備えて、
前記第２インペラは、前記第２シュラウドに対して前記第２方向側に配置される第４シュラウド、を備えて、
前記第３シュラウドは、前記第１吸込口を構成する第１円筒部、を備えて、
前記第４シュラウドは、前記第２吸込口を構成する第２円筒部、を備えて、
前記第２隔壁部のうち前記第２円筒部に対向する部分と、前記第２円筒部と、の間の第２隙間は、前記第１隔壁部のうち前記第１円筒部に対向する部分と、前記第１円筒部と、の間の第１隙間よりも大きい、
請求項１に記載の遠心ポンプ。

【請求項4】

前記中央隔壁部は、前記第２空間に面して、前記第２空間を流れる前記取扱液の旋回成分を抑制するように構成される少なくとも１の凸部または凹部、を備える、
請求項１に記載の遠心ポンプ。

【請求項5】

前記第１シュラウドの前記外径および前記第２シュラウドの前記外径は、前記第１インペラおよび前記第２インペラが前記取扱液を吐出しているとき、前記回転軸を前記第１方向に向けて移動させるように作用する第１軸スラスト力と、前記回転軸を前記第２方向に向けて移動させるように作用する第２軸スラスト力と、が釣り合うように設定される、
請求項１に記載の遠心ポンプ。

【請求項6】

前記第２空間と前記挿通孔とは、前記第２インペラにより吐出された前記取扱液の一部が前記第１空間に流れるリターン流路を構成して、
前記回転軸が前記第１方向に向けて移動するにつれて前記リターン流路の一部を狭めて、前記回転軸が前記第２方向に向けて移動するにつれて前記一部を広めるように構成される可変オリフィス、を有してなる、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【請求項7】

前記可変オリフィスは、
前記第２シュラウドから前記第１方向に向けて突出する突出部、および／または、
前記中央隔壁部から前記第２方向に向けて突出する突出部、
により構成される、
請求項６に記載の遠心ポンプ。

【請求項8】

前記突出部は、前記回転軸の周方向に沿うリング状で、
前記回転軸の径方向において、前記第２シュラウドの内縁部寄りに配置されて、および／または、
前記径方向において、前記中央隔壁部の内縁部寄りに配置される、
請求項７に記載の遠心ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

遠心ポンプは、モータ、回転軸、インペラ、および筐体を備える。インペラは、モータの動作により回転する回転軸に取り付けられて、回転軸の回転と共に回転することにより、回転軸の軸方向における一方向側から取扱液を吸込み、例えば、インペラの径方向の外方に取扱液を吐出する。インペラは、複数の羽根、正面シュラウド（側板）、および背面シュラウド（主板）を備える。軸方向において、正面シュラウドは羽根の一方向側を覆い、背面シュラウドは羽根の他方向側を覆う。インペラから吐出された高圧の取扱液の一部は、正面シュラウドと筐体との間、および、背面シュラウドと筐体との間にも流入して、正面シュラウドを背面シュラウド側に向けて押圧して、背面シュラウドを正面シュラウド側に押圧する。通常、背面シュラウドの受圧面積は、正面シュラウドの受圧面積よりも大きい。そのため、軸方向において、インペラには、インペラを一方向側に押す力（軸スラスト力）が作用している。

【0003】

遠心ポンプにおいて、吸込み性能を向上させつつ高揚程化を図るために、１の回転軸に取り付けられた複数のインペラにより取扱液を順次吐出する多段遠心ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。前述された軸スラスト力は、インペラの数（段数）に応じて大きくなる。そのため、多段遠心ポンプでは、複数のインペラが前段グループと後段グループとに分けられていて、前段グループが後段グループと背中合わせになるように回転軸に取り付けられている。前段グループのインペラの設計は、回転方向を除き、後段グループのインペラの設計と同一であるため、前段グループの軸スラスト力は後段グループの軸スラスト力と釣り合い、両軸スラスト力はキャンセルされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－２１７６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

通常、前段グループと後段グループとの間に配置される隔壁と回転軸との間には、メカニカルシールが取り付けられている。そのため、後段グループの取扱液は、前段グループに流入しない。しかしながら、取扱液の粘度が低い場合、取扱液によるメカニカルシールの潤滑性能が低下するため、隔壁と回転軸との間にメカニカルシールを使用しない構成も採用され得る。後段グループを流れる取扱液の圧力は前段グループを流れる取扱液の圧力よりも高い。そのため、同構成では、後段グループの取扱液が隔壁と回転軸との間の隙間を介して前段グループに流入して、その流れにより前段グループの軸スラスト力が強まり、後段グループの軸スラスト力が弱まる。その結果、前段グループの吸込口側に向かう軸スラスト力が生じる。

【0006】

本発明は、多段遠心ポンプにおいて軸スラスト力の発生を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施態様における遠心ポンプは、モータと、前記モータの駆動により回転する回転軸と、前記回転軸に取り付けられて、取扱液を吸込み、吐出する第１インペラと、前記回転軸に取り付けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を吸込み、吐出する第２インペラと、前記第１インペラが収容される第１ポンプ室と、前記回転軸の軸方向において前記第１ポンプ室と並んで配置されて、前記第２インペラが収容される第２ポンプ室と、前記回転軸が挿通される挿通孔を備えて、前記第１ポンプ室と前記第２ポンプ室とを区画する中央隔壁部と、を有してなり、前記軸方向において、前記第２インペラに対して前記第１インペラが配置されている方向が第１方向であり、前記第１方向の反対側の方向が第２方向であり、前記第１インペラは、前記第１方向に向けられて、前記取扱液を前記第１方向側から吸い込む第１吸込口と、前記中央隔壁部に対向する第１シュラウドと、を備えて、前記第２インペラは、前記第２方向に向けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を前記第２方向側から吸込む第２吸込口と、前記中央隔壁部に対向する第２シュラウドと、を備えて、前記第１インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第１空間が形成されて、前記第２インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第２空間が形成されて、前記第２空間と前記第１空間とは、前記挿通孔を介して互いに連通して、前記第２シュラウドの外径は、前記第１シュラウドの外径よりも大きい、遠心ポンプである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、多段遠心ポンプにおいて軸スラスト力の発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る遠心ポンプの実施の形態を示す模式断面図である。

【図2】図１の遠心ポンプの部分拡大断面図である。

【図3】図１の遠心ポンプが備える中央隔壁部の模式後面図である。

【図4】図１の遠心ポンプが備える第２インペラの模式前面図である。

【図5】（ａ）は、従来ポンプにおける軸スラスト力を説明する模式部分拡大断面図であり、（ｂ）は、メカニカルシールを備えていない従来ポンプにおける軸スラスト力を説明する模式部分拡大断面図である。

【図6】図１の遠心ポンプにおける軸スラスト力に対する図４の第２インペラの影響を説明する模式部分拡大断面図である。

【図7】図１の遠心ポンプにおける軸スラスト力に対する、図１の遠心ポンプが備える第２固定オリフィスの影響を説明する模式部分拡大断面図である。

【図8】図１の遠心ポンプにおける軸スラスト力に対する、図４の第２インペラが備える凸部の影響を説明する模式部分拡大断面図であり、（ａ）は第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合っている状態を示していて、（ｂ）は第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも大きい状態を示していて、（ｃ）は第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも小さい状態を示している。

【図9】第１変形例に係る遠心ポンプの模式部分拡大断面図である。

【図10】（ａ）は第２変形例に係る遠心ポンプの模式部分拡大断面図であり、（ｂ）は第３変形例に係る遠心ポンプの模式部分拡大断面図であり、（ｃ）は第４変形例に係る遠心ポンプの模式部分拡大断面図である。

【図11】第５変形例に係る遠心ポンプを示す模式部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る遠心ポンプの実施の形態が、以下に説明される。以下の説明において、各図面は、適宜参照される。各図面において、同一の部材および要素については同一の符号が付されて、重複する説明は省略される。また、各要素の寸法比率は、説明の便宜上、誇張されている場合が有り、各図面に示されている比率に限定されない。

【0011】

●遠心ポンプ●
●遠心ポンプの構成
図１は、本発明に係る遠心ポンプの実施の形態を示す模式断面図である。
同図では、後述される筐体２の一部が模式断面図として示されていて、他の部分は簡略化されて示されている。同図は、遠心ポンプ１が後述される回転軸４の軸方向に沿って、同回転軸４の軸中心を通るように上下方向に切断された状態の断面（図２、および図５～図１１も同じ。）、を模式的に示している。

【0012】

遠心ポンプ１は、取扱液を吸込み、吐出する（送液する）。遠心ポンプ１は、筐体２、モータ３、回転軸４、軸受５１，５２、第１インペラ６、および第２インペラ７を有してなる。すなわち、遠心ポンプ１は、２つのインペラ（第１インペラ６、第２インペラ７）を備える、２段遠心ポンプであり、本発明における遠心ポンプの一例である。

【0013】

「取扱液」は、遠心ポンプ１に取り扱われる（送液される）液体である。本実施の形態において、取扱液は、低粘度の液体であり、例えば、極低温の液化ガス（例えば、液化天然ガス、液体水素など）である。

【0014】

以下の説明において、「前方向」はモータ３に対して第１インペラ６および第２インペラ７が位置する方向であり、「後方向」は第１インペラ６および第２インペラ７に対してモータ３が位置する方向である。「軸方向」は回転軸４の軸中心線に沿う方向（前後方向）であり、「径方向」は回転軸４の半径方向であり、「周方向」は回転軸４の円周方向である。「上流側」は取扱液の筐体２内の流れにおける上流側であり、「下流側」は取扱液の筐体２内の流れにおける下流側である。前方向は本発明における第１方向の一例であり、後方向は本発明における第２方向の一例である。

【0015】

筐体２は、モータ３、回転軸４、軸受５１，５２、第１インペラ６、および第２インペラ７を収容する。筐体２は、第１隔壁部２０、中央隔壁部２１、第２隔壁部２２、第１ポンプ室２３、第２ポンプ室２４、連結流路２５、吐出流路２６、吸込管２７、吐出管２８、およびモータ室２９を備える。

【0016】

図２は、遠心ポンプ１の部分拡大断面図である。
同図は、第１インペラ６および第２インペラ７を中心とする遠心ポンプ１の上半部の断面を示している。以下の説明において、図１も適宜参照される。

【0017】

第１隔壁部２０は、中央隔壁部２１と共に、第１ポンプ室２３を区画する隔壁である。第１隔壁部２０は、第１インペラ６に対して前方であって、筐体２の前端部に配置されている。第１隔壁部２０は、内面２０ａおよび第１貫通孔２０ｂを備える。

【0018】

内面２０ａは、後述される第１インペラ６の第１正面シュラウド６３の形状に沿うように前方へ向けて略円錐台状に凹む湾曲面である。

【0019】

軸方向視において、第１貫通孔２０ｂは、第１隔壁部２０の中央部を軸方向に沿って２段円柱状に貫通する貫通孔である。第１貫通孔２０ｂは、第１ポンプ室２３および吸込管２７と連通している。第１貫通孔２０ｂは、小径部２０ｃ、大径部２０ｄ、および段部２０ｅを備える。小径部２０ｃの内径は、大径部２０ｄの内径よりも小さい。軸方向において、小径部２０ｃは大径部２０ｄの前方に、大径部２０ｄに隣接して配置されている。段部２０ｅは、小径部２０ｃと大径部２０ｄとの間に配置されていて、小径部２０ｃと大径部２０ｄそれぞれに連続している面である。軸方向視において、段部２０ｅの形状は、リング状である。小径部２０ｃは取扱液を第１インペラ６へと導入する流路として機能している。

【0020】

中央隔壁部２１は、第１隔壁部２０と共に第１ポンプ室２３を区画すると共に、第２隔壁部２２と共に第２ポンプ室２４を区画する隔壁である。中央隔壁部２１は、第１隔壁部２０の後方に配置されている。中央隔壁部２１は、前面２１ａ、後面２１ｂ、中央貫通孔２１ｃ、および８個の凹部２１ｄを備える。前面２１ａは前方に向けられている面であり、後面２１ｂは後方に向けられている面である。

【0021】

軸方向視において、中央貫通孔２１ｃは、中央隔壁部２１の中央部を軸方向に沿って円柱状に貫通する貫通孔である。中央貫通孔２１ｃには回転軸４が挿通されている。中央貫通孔２１ｃは、本発明における挿通孔の一例である。

【0022】

図３は、中央隔壁部２１の模式後面図である。
同図は、中央隔壁部２１を後方から見た状態を模式的に示している。同図は、回転軸４、後述される第１ハブ部６４も併せて示している。また、同図は、説明の便宜上、第２インペラ７および凸部７２ｃも二点鎖線で仮想的に示している。以下の説明では、図２も適宜参照される。

【0023】

凹部２１ｄは、後述される第２背面側空間Ｓ２１を流れる取扱液の旋回成分を抑制する。中央隔壁部２１の後面２１ｂの一部は、前方に向けて矩形状に凹んでいて、凹部２１ｄを形成している。周方向において、８個の凹部２１ｄは、後面２１ｂに等角度（本実施の形態では４５度）間隔で配置されている。軸方向視において、凹部２１ｄの形状は、凹部２１ｄの長手方向が径方向に沿う長方形状である。軸方向視において、凹部２１ｄの内縁部（径方向の内方側の縁部）は、後述される第２インペラ７の凸部７２ｃの外縁部と同じ位置に配置されている。軸方向視において、凹部２１ｄの外縁部（径方向の外方側の縁部）は、第２インペラ７の内縁部と外縁部との中間部と略同じ位置に配置されている。

【0024】

本説明において主に参照される図面は、図１および図２に戻る。
第２隔壁部２２は、中央隔壁部２１と共に、第２ポンプ室２４を区画する隔壁である。第２隔壁部２２は、第２インペラ７に対して後方であって、中央隔壁部２１の後方に配置されている。第２隔壁部２２は、内面２２ａおよび第２貫通孔２２ｂを備える。

【0025】

内面２２ａは、後述される第２インペラ７の第２正面シュラウド７３の形状に沿うように後方へ向けて略円錐台状に凹む湾曲面である。

【0026】

軸方向視において、第２貫通孔２２ｂは、第２隔壁部２２の中央部を軸方向に沿って円柱状に貫通する貫通孔である。第２貫通孔２２ｂは、第２ポンプ室２４および連結流路２５と連通している。第２貫通孔２２ｂは、小径部２２ｃ、大径部２２ｄ、第１段部２２ｅ、挿通部２２ｆ、および第２段部２２ｇを備える。小径部２２ｃの内径は、挿通部２２ｆの内径よりも大きく、大径部２２ｄの内径よりも小さい。軸方向において、挿通部２２ｆは小径部２２ｃの後方に小径部２２ｃに隣接して配置されていて、大径部２２ｄは小径部２２ｃの前方に小径部２２ｃに隣接して配置されている。第１段部２２ｅは、小径部２２ｃと大径部２２ｄとの間に配置されていて、小径部２２ｃと大径部２２ｄそれぞれに連続している面である。第２段部２２ｇは、挿通部２２ｆと小径部２２ｃとの間に配置されていて、挿通部２２ｆと小径部２２ｃそれぞれに連続している面である。軸方向視において、第１段部２２ｅおよび第２段部２２ｇの形状は、リング状である。第２貫通孔２２ｂには回転軸４が挿通されていて、小径部２２ｃと回転軸４との間には、取扱液を第２インペラ７へと導入する流路として機能する円筒状の空間が形成されている。

【0027】

第１ポンプ室２３は、第１インペラ６を収容している。第２ポンプ室２４は、第２インペラ７を収容している。軸方向において、第１ポンプ室２３は、第２ポンプ室２４の前方に、中央隔壁部２１を挟んで第２ポンプ室２４と軸方向に並んで配置されている。すなわち、軸方向において、第１インペラ６は、第２インペラ７の前方に配置されている。

【0028】

連結流路２５は、第１インペラ６により吐出された取扱液を小径部２２ｃ内の空間へ案内する流路である。連結流路２５は、例えば、筐体２の一部により構成されていて、第１ポンプ室２３および小径部２２ｃ内の空間と連通している。図１および図２において、連結流路２５は、簡略されて太い実線矢印で示されている。

【0029】

吐出流路２６は、第２インペラ７により吐出された取扱液を吐出管２８へ案内する流路である。吐出流路２６は、例えば、筐体２の一部により構成されていて、第２ポンプ室２４および吐出管２８と連通している。図１および図２において、吐出流路２６は、簡略されて破線矢印で示されている。

【0030】

筐体２（第１隔壁部２０）の前端部は、回転軸４と同軸となるように前方に向けて円筒状に延伸されていて、第１ポンプ室２３に取扱液を吸い込む（導入する）吸込管２７を形成している。また、筐体２のうち、第２インペラ７よりも径方向の外方側に位置する一部は、第２インペラ７の接線方向（上方）に延伸されていて、第２ポンプ室２４（吐出流路２６）からの取扱液を吐出する吐出管２８を形成している。

【0031】

筐体２の後半部は、モータ３および軸受５１，５２を収容するモータ室２９を区画している。

【0032】

モータ３は、回転軸４に取り付けられるロータ（不図示）、および、ロータ（不図示）を回転させるステータ（不図示）を備える公知のモータである。回転軸４は、モータ３の駆動（回転）により回転して、回転動力を第１インペラ６および第２インペラ７に伝達する。回転軸４の形状は、円柱状である。回転軸４はモータ３に取り付けられていて、回転軸４の前部４ａは第１ポンプ室２３内および第２ポンプ室２４内に突出している。

【0033】

軸受５１は、モータ３の前方に配置されていて、回転軸４を回転自在に支持している。軸受５２は、モータ３の後方に配置されていて、回転軸４を回転自在に支持している。軸受５１，５２は、例えば、転がり軸受である。

【0034】

第１インペラ６は、取扱液を吸込み、吐出する。第１インペラ６は、回転軸４の前部４ａに取り付けられていて、第１ポンプ室２３に収容されている。すなわち、第１インペラ６は、第１隔壁部２０と中央隔壁部２１との間に配置されている。第１インペラ６は、いわゆるクローズドタイプのインペラである。第１インペラ６は、複数の第１羽根６１、第１背面シュラウド６２、第１正面シュラウド６３、第１ハブ部６４、第１吸込口６５、および第１吐出口６６を備える。

【0035】

第１羽根６１は、回転軸４を回転中心として周方向に回転して、第１吸込口６５から吸込まれた取扱液を第１吐出口６６に案内する。軸方向視において、複数の第１羽根６１それぞれは、第１インペラ６の中心側から外縁側に向けて放射状に延出されると共に、渦巻き状に湾曲している。第１羽根６１は、第１背面シュラウド６２と第１正面シュラウド６３との間に配置されている。

【0036】

第１背面シュラウド６２は、第１羽根６１の後方を覆う板（いわゆる主板）である。第１背面シュラウド６２の形状は、リング板状である。軸方向視において、第１背面シュラウド６２の中央部は、前方に向けて略円錐台状に突出している。第１背面シュラウド６２は、中央隔壁部２１に対向している。第１背面シュラウド６２は、取付孔６２ａおよび後面６２ｂを備える。第１背面シュラウド６２は、本発明における第１シュラウドの一例である。

【0037】

取付孔６２ａは、回転軸４の前部４ａが挿通されている貫通孔である。軸方向視において、取付孔６２ａは、第１背面シュラウド６２の中央部に配置されていて、同中央部を軸方向に沿って円筒状に貫通している。

【0038】

後面６２ｂは、後方に向けられている面であり、中央隔壁部２１の前面２１ａに対向している。後面６２ｂと前面２１ａとの間には、リング板状の空間（以下「第１背面側空間Ｓ１１」という。）が形成されている。第１背面側空間Ｓ１１は、本発明における第１空間の一例である。

【0039】

第１正面シュラウド６３は、第１羽根６１の前方を覆う板（いわゆる側板）である。第１正面シュラウド６３の形状は、外縁部よりも内縁部が前方に向けて凸となる、略リング板状である。第１正面シュラウド６３の外径は、第１背面シュラウド６２の外径よりも僅かに小さい。第１正面シュラウド６３は、第１背面シュラウド６２に対して前方側に配置されている。第１正面シュラウド６３は、前面６３ａおよび円筒部６３ｂを備える。第１正面シュラウド６３は、本発明における第３シュラウドの一例である。

【0040】

前面６３ａは、前方に向けられていて、第１隔壁部２０の内面２０ａに対向している面である。前面６３ａと内面２０ａとの間には、略リング板状の空間（以下「第１正面側空間Ｓ１２」という。）が形成されている。

【0041】

第１正面シュラウド６３の内縁部は、回転軸４と同軸となるように前方に向けて円筒状に延伸されていて、第１吸込口６５として機能する円筒部６３ｂを形成している。換言すれば、第１正面シュラウド６３は、第１吸込口６５として機能する円筒部６３ｂを備える。第１インペラ６において、円筒部６３ｂは、前方に向けられていて、第１隔壁部２０の大径部２０ｄ内に配置されている。円筒部６３ｂは、本発明における第１円筒部の一例である。径方向において、大径部２０ｄは、円筒部６３ｂと対向している。大径部２０ｄと円筒部６３ｂとの間には、円筒状の隙間（以下「第１円筒隙間Ｓ１３」という。）が形成されている。径方向において、第１円筒隙間Ｓ１３の長さ（大径部２０ｄと円筒部６３ｂとの間の間隔）は、遠心ポンプ１が通常に動作しているとき、円筒部６３ｂが大径部２０ｄに当接しない程度の長さであり、一般的な遠心ポンプのインペラに対して設定されている同長さと同等に設定されている。軸方向において、段部２０ｅは、円筒部６３ｂと対向している。段部２０ｅと円筒部６３ｂとの間には、リング板状の隙間（以下「第１リング隙間Ｓ１４」という。）が形成されている。軸方向において、第１リング隙間Ｓ１４の長さ（段部２０ｅと円筒部６３ｂとの間の間隔）は、遠心ポンプ１が通常に動作しているとき、円筒部６３ｂが段部２０ｅに当接しない程度の長さであり、一般的な遠心ポンプのインペラに設定されている同長さと同等に設定されている。第１円筒隙間Ｓ１３および第１リング隙間Ｓ１４は、後述される第１固定オリフィスを構成している。大径部２０ｄおよび段部２０ｅは、本発明における第１円筒部に対向する部分の一例である。

【0042】

第１正面側空間Ｓ１２は、第１インペラ６の径方向の外方側に位置する空間、および第１円筒隙間Ｓ１３と連通している。第１リング隙間Ｓ１４は、第１円筒隙間Ｓ１３および小径部２０ｃ内の空間と連通している。

【0043】

第１背面シュラウド６２の内縁部は、回転軸４と同軸となるように後方に向けて円筒状に延出されていて、第１ハブ部６４を形成している。第１ハブ部６４には回転軸４の前部４ａが挿通されていて、第１ハブ部６４が回転軸４の前部４ａに固定されることにより、第１インペラ６は同前部４ａに取り付けられている。このとき、第１吸込口６５は、前方に向けられている。第１ハブ部６４は、回転軸４の前部４ａの一部を覆っていて、中央貫通孔２１ｃ内に配置されている。

【0044】

第１羽根６１の外縁部、第１背面シュラウド６２の外縁部、および第１正面シュラウド６３の外縁部は、第１インペラ６内の流路を流れる取扱液が吐出される第１吐出口６６を形成している。

【0045】

第２インペラ７は、第１インペラ６から吐出された取扱液を吸込み、吐出する。第２インペラ７は、回転軸４の前部４ａに取り付けられていて、第２ポンプ室２４に収容されている。すなわち、第２インペラ７は、中央隔壁部２１と第２隔壁部２２との間に配置されている。第２インペラ７は、いわゆるクローズドタイプのインペラである。第２インペラ７は、複数の第２羽根７１、第２背面シュラウド７２、第２正面シュラウド７３、第２ハブ部７４、第２吸込口７５、および第２吐出口７６を備える。

【0046】

第２インペラ７と第２ポンプ室２４とにより構成されている第２ポンプ部Ｐ２に設定されている比速度は、第１インペラ６と第１ポンプ室２３とにより構成されている第１ポンプ部Ｐ１に設定されている比速度よりも小さい。この構成により、遠心ポンプ１では、第１ポンプ部Ｐ１により高い吸込み性能（吐出流量）が得られていて、第２ポンプ部Ｐ２により高い揚程が得られている。また、一般的に、インペラの外径（直径）は比速度が大きくなるにつれて小さくなる。そのため、第２インペラ７の外径（直径）は、第１インペラ６の外径（直径）よりも大きい。これらの比速度の値は、例えば、遠心ポンプ１の設計（例えば、吐出流量、揚程など）などに基づいて、適宜設定されている。

【0047】

第２羽根７１は、回転軸４を回転中心として周方向に回転して、第２吸込口７５から吸込まれた取扱液を第２吐出口７６に案内する。軸方向視において、複数の第２羽根７１それぞれは、第２インペラ７の中心側から外縁側に向けて放射状に延出されると共に、渦巻き状に湾曲している。第２羽根７１は、第２背面シュラウド７２と第２正面シュラウド７３との間に配置されている。

【0048】

第２背面シュラウド７２は、第２羽根７１の前方（第２インペラ７における背面側の方向）を覆う板（いわゆる主板）である。第２背面シュラウド７２の形状は、リング板状である。軸方向視において、第２背面シュラウド７２の中央部は、後方に向けて円錐台状に突出している。第２背面シュラウド７２は、中央隔壁部２１に対向している。第２背面シュラウド７２は、取付孔７２ａ、前面７２ｂ、および凸部７２ｃを備える。第２背面シュラウド７２は、本発明における第２シュラウドの一例である。

【0049】

第２背面シュラウド７２の外径（直径）は、第１背面シュラウド６２の外径（直径）よりも大きい。第１背面シュラウド６２の外径および第２背面シュラウド７２の外径は、例えば、第１インペラ６および第２インペラ７（すなわち、遠心ポンプ１）が（最高効率点で）取扱液を吐出しているとき、後述される第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが凡そ釣り合うように設定されている。

【0050】

取付孔７２ａは、回転軸４の前部４ａが挿通されている貫通孔である。軸方向視において、取付孔７２ａは、第２背面シュラウド７２の中央部に配置されていて、同中央部を軸方向に沿って円筒状に貫通している。

【0051】

前面７２ｂは、前方に向けられている面であり、中央隔壁部２１の後面２１ｂに対向している。前面７２ｂと後面２１ｂとの間には、リング板状の隙間（以下「第２背面側空間Ｓ２１」という。）が形成されている。第２背面側空間Ｓ２１は、本発明における第２空間の一例である。

【0052】

図４は、第２インペラ７の模式前面図である。
同図は、第２インペラ７を前方から見た状態を模式的に示している。以下の説明において、図２も適宜参照される。

【0053】

凸部７２ｃは、後述される可変オリフィスとして機能する。第２背面シュラウド７２の前面７２ｂの一部は、回転軸４と同軸となるように前方に向けてリング板状に突出していて、凸部７２ｃを構成している。すなわち、軸方向視において、凸部７２ｃは、回転軸４と同心円状のリング板状である。径方向において、凸部７２ｃは、第２背面シュラウド７２の内方寄り（内縁部寄り）に配置されている。凸部７２ｃの前面７２ｄは、中央隔壁部２１の後面２１ｂと平行な平面状である。軸方向において、凸部７２ｃと中央隔壁部２１の後面２１ｂとの間の間隔は、凸部７２ｃを除く前面７２ｂと中央隔壁部２１の後面２１ｂとの間の間隔よりも狭い。凸部７２ｃは、本発明における突出部（可変オリフィス）の一例である。

【0054】

本説明において主に参照される図面は、図１および図２に戻る。
第２正面シュラウド７３は、第２羽根７１の後方（第２インペラ７における正面側の方向）を覆う板（いわゆる側板）である。第２正面シュラウド７３の形状は、外縁部よりも内縁部が後方に向けて凸となる、略リング板状である。第２正面シュラウド７３の外径は、第２背面シュラウド７２の外径よりも僅かに小さい。第２正面シュラウド７３は、第２背面シュラウド７２に対して後方側に配置されている。第２正面シュラウド７３は、後面７３ａおよび円筒部７３ｂを備える。第２正面シュラウド７３は、本発明における第４シュラウドの一例である。

【0055】

後面７３ａは、後方に向けられていて、第２隔壁部２２の内面２２ａに対向している面である。後面７３ａと内面２２ａとの間には、略リング板状の空間（以下「第２正面側空間Ｓ２２」という。）が形成されている。

【0056】

第２正面シュラウド７３の内縁部は、回転軸４と同軸となるように後方に向けて円筒状に延伸されていて、第２吸込口７５として機能する円筒部７３ｂを構成している。換言すれば、第２正面シュラウド７３は、第２吸込口７５として機能する円筒部７３ｂを備える。第２インペラ７において、円筒部７３ｂは、後方に向けられていて、第２隔壁部２２の大径部２２ｄ内に配置されている。円筒部７３ｂは、本発明における第２円筒部の一例である。径方向において、円筒部７３ｂは、大径部２２ｄに対向している。大径部２２ｄと円筒部７３ｂとの間には円筒状の隙間（以下「第２円筒隙間Ｓ２３」という。）が形成されている。径方向において、第２円筒隙間Ｓ２３の長さ（大径部２２ｄと円筒部７３ｂとの間の間隔）は、遠心ポンプ１が通常に動作しているとき、円筒部７３ｂが大径部２２ｄに当接しない程度の長さであり、一般的な遠心ポンプのインペラに設定されている同長さよりも長くなるように設定されている。すなわち、径方向において、第２円筒隙間Ｓ２３の長さは、第１円筒隙間Ｓ１３の長さよりも長い。軸方向において、円筒部７３ｂは第１段部２２ｅに対向している。第１段部２２ｅと円筒部７３ｂとの間にはリング板状の隙間（以下「第２リング隙間Ｓ２４」という。）が形成されている。軸方向において、第２リング隙間Ｓ２４の長さ（第１段部２２ｅと円筒部７３ｂとの間の長さ）は、遠心ポンプ１が通常に動作しているとき、円筒部７３ｂが第１段部２２ｅに当接しない程度の長さであり、一般的な遠心ポンプのインペラに設定されている同長さよりも長くなるように設定されている。すなわち、軸方向において、第２リング隙間Ｓ２４の長さは、第１リング隙間Ｓ１４の長さよりも長い。

【0057】

第２正面側空間Ｓ２２は、第２インペラ７の径方向の外方側の空間、および第２円筒隙間Ｓ２３と連通している。第２リング隙間Ｓ２４は、第２正面側空間Ｓ２２および小径部２２ｃ内の空間と連通している。

【0058】

第２背面シュラウド７２の内縁部は、回転軸４と同軸となるように前方に向けて円筒状に延出されていて、第２ハブ部７４を構成している。第２ハブ部７４には回転軸４の前部４ａが挿通されていて、第２ハブ部７４が回転軸４の前部４ａに固定されることにより、第２インペラ７は同前部４ａに取り付けられている。このとき、第２吸込口７５は、後方に向けられている。第２ハブ部７４は、回転軸４の前部４ａの一部を覆っていて、中央貫通孔２１ｃ内に配置されている。第２ハブ部７４は第１ハブ部６４に当接していて、中央貫通孔２１ｃと第１ハブ部６４および第２ハブ部７４との間には、円筒状の空間（以下「円筒空間Ｓ３」という。）が形成されている。円筒空間Ｓ３は、第１背面側空間Ｓ１１および第２背面側空間Ｓ２１と連通している。すなわち、第１背面側空間Ｓ１１および第２背面側空間Ｓ２１とは、円筒空間Ｓ３（中央貫通孔２１ｃ）を介して、互いに連通している。

【0059】

このように、第１インペラ６および第２インペラ７は、中央隔壁部２１を挟みこむように背中合わせの状態で、１つの回転軸４に取り付けられている、２段遠心ポンプである。第１ポンプ室２３と第２ポンプ室２４とは、中央隔壁部２１により区画されていて、円筒空間Ｓ３を介して互いに連通している。すなわち、第１ポンプ室２３と第２ポンプ室２４との間には、メカニカルシールなどによる軸封構造は、配置されていない。

【0060】

●遠心ポンプの動作
次に、遠心ポンプ１の動作が説明される。以下の説明において、図１および図２は、適宜参照される。

【0061】

遠心ポンプ１の動作が開始されると、モータ３が駆動して、回転軸４が回転する。第１インペラ６は、小径部２０ｃに導入された取扱液を前方から吸込み、第１ポンプ室２３内へ吐出する。第１ポンプ室２３内へ吐出された取扱液は、連結流路２５を介して、小径部２２ｃ内の空間へ送液される。このとき、第１ポンプ室２３内へ吐出された取扱液の一部は、第１背面側空間Ｓ１１へ流れ込み、円筒空間Ｓ３を介して第２ポンプ室２４（第２背面側空間Ｓ２１）へ流入する。また、第１ポンプ室２３内へ吐出された取扱液の別の一部は、第１正面側空間Ｓ１２、第１円筒隙間Ｓ１３、および第１リング隙間Ｓ１４を介して、小径部２０ｃ内の空間へ流入する（戻る）。この取扱液が戻る流れは、第１インペラ６の吸込み性能に悪影響を与える。そのため、同流れは、主に、第１円筒隙間Ｓ１３および第１リング隙間Ｓ１４により絞られている。すなわち、第１円筒隙間Ｓ１３および第１リング隙間Ｓ１４は、同流れに対する絞り（第１固定オリフィス）として機能している。第１固定オリフィス（第１円筒隙間Ｓ１３、第１リング隙間Ｓ１４）は、本発明における第１隙間の一例である。

【0062】

第２インペラ７は、小径部２２ｃ内の空間に送液された取扱液を後方から吸込み、第２ポンプ室２４内へ吐出する。第２ポンプ室２４内へ吐出された取扱液は、吐出流路２６および吐出管２８を介して、吐出配管（不図示）へ吐出される。このとき、第２ポンプ室２４内へ吐出された取扱液の一部は、第２背面側空間Ｓ２１へ流れ込む。ここで、第２ポンプ室２４内の取扱液の圧力は、第１ポンプ室２３内の取扱液の圧力よりも大きい。そのため、第２背面側空間Ｓ２１へ流れ込んだ取扱液は、第１ポンプ室２３から流入した取扱液を押し戻すように、円筒空間Ｓ３を介して、第１ポンプ室２３（第１背面側空間Ｓ１１）へ流入する。このように、遠心ポンプ１では、第２ポンプ室２４から第１ポンプ室２３へと取扱液が戻る流れ（以下「リターン流れ」という。）が、生じている。第２背面側空間Ｓ２１および円筒空間Ｓ３は、第２ポンプ室２４内の取扱液の一部が第１背面側空間Ｓ１１（第１ポンプ室２３）に流れる流路（以下「リターン流路ＲＬ」という。）を構成している。また、第２ポンプ室２４内へ吐出された取扱液の別の一部は、第２正面側空間Ｓ２２、第２円筒隙間Ｓ２３、および第２リング隙間Ｓ２４を介して、小径部２２ｃ内の空間へ流入する（戻る）。この取扱液が戻る流れは、第２インペラ７の吸込み性能に悪影響を与え得る。そのため、同流れは、主に、第２円筒隙間Ｓ２３および第２リング隙間Ｓ２４により絞られている。すなわち、第２円筒隙間Ｓ２３および第２リング隙間Ｓ２４は、同流れに対する絞り（第２固定オリフィス）として機能している。第２固定オリフィスは、第１固定オリフィスよりも大きい。したがって、第２固定オリフィスによる流量の絞り量は、第１固定オリフィスによる流量の絞り量よりも少ない。つまり、第２固定オリフィスを流れる取扱液の流量は、第１固定オリフィスを流れる取扱液の流量よりも多い。第２固定オリフィス（第２円筒隙間Ｓ２３、第２リング隙間Ｓ２４）は、本発明における第２隙間の一例である。

【0063】

後述のとおり、このように取扱液が流れる遠心ポンプ１では、従来の２段遠心ポンプ（以下「従来ポンプ」という）とは異なる軸スラスト力が作用している。本明細書において、「従来ポンプ」の構成は、第１インペラの外径（第１背面シュラウドの外径）と第２インペラの外径（第２背面シュラウドの外径）とが同じであり、円筒空間がメカニカルシールで軸封されている点を除き、遠心ポンプ１の構成と共通するものとする。すなわち、従来ポンプは、第１インペラおよび第２インペラが背中合わせの状態で１つの回転軸に取り付けられている、２段遠心ポンプである。遠心ポンプ１と従来ポンプとを区別するため、以下の説明において、従来ポンプを示す構成には、遠心ポンプ１と同じ符号に符号「ｚ」が付されるものとする。

【0064】

「軸スラスト力」は、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）を軸方向に移動させるように、回転軸４に作用する力である。軸スラスト力は、回転軸４を前方に向けて移動させるように作用する第１軸スラスト力と、回転軸４を後方に向けて移動させるように作用する第２軸スラスト力と、を含む。軸スラスト力は、主に、遠心ポンプ１の第１インペラ６および第２インペラ７の正面側と背面側との圧力バランスにより生じる。

【0065】

●従来ポンプにおける軸スラスト力
ここで、遠心ポンプ１における軸スラスト力の説明の前に、従来ポンプ１ｚ、および、メカニカルシールＭｚを備えていない従来ポンプ１ｚにおける軸スラスト力が、以下に説明される。

【0066】

図５（ａ）は、従来ポンプ１ｚにおける軸スラスト力を説明する模式部分拡大断面図であり、（ｂ）は、メカニカルシールＭｚを備えていない従来ポンプ１ｚにおける軸スラスト力を説明する模式部分拡大断面図である。
同図では、説明の便宜上、中央隔壁部２１ｚ、回転軸４ｚ、第１インペラ６ｚ、第２インペラ７ｚ、およびメカニカルシールＭｚのみが簡略化されて示されている。同図（ｂ）は、リターン流れを白抜き矢印で示している。

【0067】

以下の説明において、圧力「Ｐ_ｆ３」は第１インペラ６ｚの第１正面シュラウド６３ｚが第１正面側空間Ｓ１２ｚを流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｒ３」は第１インペラ６ｚの第１背面シュラウド６２ｚが第１背面側空間Ｓ１１ｚを流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｆ４」は第２インペラ７ｚの第２正面シュラウド７３ｚが第２正面側空間Ｓ２２ｚを流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｒ４」は第２インペラ７ｚの第２背面シュラウド７２ｚが第２背面側空間Ｓ２１ｚを流れる取扱液から受ける圧力を示している。第１インペラ６ｚには、圧力「Ｐ_ｆ３」に基づく力「Ｆ_ｆ３」が後方へ向けて作用していて、圧力「Ｐ_ｒ３」に基づく力「Ｆ_ｒ３」が前方へ向けて作用している。圧力「Ｐ_ｆ３」は圧力「Ｐ_ｒ３」よりも小さいため、第１インペラ６ｚには２つの力の差分（Ｆ_ｒ３－Ｆ_ｆ３）に相当する力（第１軸スラスト力）が前方へ向けて作用している。同様に、第２インペラ７ｚには、圧力「Ｐ_ｆ４」による力「Ｆ_ｆ４」が前方へ向けて作用していて、圧力「Ｐ_ｒ４」による力「Ｆ_ｒ４」が後方へ向けて作用している。圧力「Ｐ_ｆ４」は圧力「Ｐ_ｒ４」よりも小さいため、第２インペラ７ｚには２つの力の差分（Ｆ_ｒ４－Ｆ_ｆ４）に相当する力（第２軸スラスト力）が後方へ向けて作用している。図５において、細い矢印は、圧力「Ｐ_ｆ３」「Ｐ_ｒ３」「Ｐ_ｆ４」「Ｐ_ｒ４」の大きさを矢印の長さで例示している。太い矢印は、力「Ｆ_ｆ３」「Ｆ_ｒ３」「Ｆ_ｆ４」「Ｆ_ｒ４」の大きさを矢印の長さで例示している。

【0068】

図５（ａ）に示されるように、従来ポンプ１ｚにおいて、第１インペラ６ｚの構成は、回転方向を除き、第２インペラ７ｚの構成と共通している。すなわち、前述のとおり、第１インペラ６ｚの第１背面シュラウド６２ｚの外径は、第２インペラ７ｚの第２背面シュラウド７２ｚの外径と同じである。円筒空間Ｓ３ｚにはメカニカルシールＭｚが取り付けられていて、第１ポンプ室２３ｚは第２ポンプ室２４ｚと連通していない。第１正面シュラウド６３ｚの受圧面積（接液面積）は、第１背面シュラウド６２ｚの受圧面積よりも小さく、第２正面シュラウド７３ｚの受圧面積と同じである。また、第１背面シュラウド６２ｚの受圧面積は、第２背面シュラウド７２ｚの受圧面積と同じである。この構成では、圧力「Ｐ_ｆ３」は圧力「Ｐ_ｆ４」と同じとなり、圧力「Ｐ_ｒ３」は圧力「Ｐ_ｒ４」と同じとなる。その結果、第１背面シュラウド６２ｚに作用する力「Ｆ_ｒ３」は、第１正面シュラウド６３ｚに作用する力「Ｆ_ｆ３」よりも大きくなり、第２背面シュラウド７２ｚに作用する力「Ｆ_ｒ４」と同じとなる。第１正面シュラウド６３ｚに作用する力「Ｆ_ｆ３」は、第２正面シュラウド７３ｚに作用する力「Ｆ_ｆ４」と同じとなる。したがって、第１インペラ６ｚには、２つの力の差分（Ｆ_ｒ３－Ｆ_ｆ３）に相当する力（第１軸スラスト力）が、前方へ向けて作用している。一方、第２インペラ７ｚには、２つの力の差分（Ｆ_ｒ４－Ｆ_ｆ４）に相当する力（第２軸スラスト力）が、後方へ向けて作用している。その結果、第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とは、相互にキャンセルされている（軸スラスト力が釣り合っている）。なお、実際には、第１ポンプ室２３ｚ内の取扱液と第２ポンプ室２４ｚ内の取扱液との圧力差により、回転軸４には第１軸スラスト力が作用している。しかし、通常、同第１軸スラスト力は、軸受により吸収されている。そのため、従来ポンプ１ｚにおいて、回転軸４ｚには、問題となるような軸スラスト力は作用していない。

【0069】

次に、図５（ｂ）に示されるように、メカニカルシールＭｚを備えていない従来ポンプ１ｚでは、第１ポンプ室２３ｚは、円筒空間Ｓ３ｚを介して、第２ポンプ室２４ｚと連通している。この構成では、第２ポンプ室２４ｚ内の取扱液の圧力が第１ポンプ室２３ｚ内の取扱液の圧力よりも高いため、第２ポンプ室２４ｚ内の取扱液が円筒空間Ｓ３ｚを介して第１ポンプ室２３ｚ内へ流入する流れ（リターン流れ）が生じている。このとき、第２背面側空間Ｓ２１ｚでは、第２インペラ７ｚの回転方向に旋回しながら、第２背面シュラウド７２ｚの外縁側から内縁側へ向かう流れが生じている。そのため、図５（ｂ）に破線および実線で示されるように、第２背面側空間Ｓ２１ｚ内を流れる取扱液の圧力「Ｐ_ｒ４」は、低くなる。一方、第１背面側空間Ｓ１１ｚでは、第１インペラ６ｚの回転方向に旋回しながら、第１背面シュラウド６２ｚの内縁側から外縁側へ向かう流れが生じている。そのため、図５（ｂ）に破線および実線で示されるように、第１背面側空間Ｓ１１ｚ内を流れる取扱液の圧力「Ｐ_ｒ３」は、高くなる。したがって、第１背面シュラウド６２ｚに作用する力「Ｆ_ｒ３」は大きくなり、第２背面シュラウド７２ｚに作用する力「Ｆ_ｒ４」は小さくなる。その結果、回転軸４ｚ（第１インペラ６ｚ、第２インペラ７ｚ）に作用する第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも大きくなり、回転軸４ｚには第１軸スラスト力が作用している。このように、第１ポンプ室２３ｚが円筒空間Ｓ３ｚを介して第２ポンプ室２４ｚと連通する場合、従来ポンプ１ｚにおける軸スラスト力の釣り合いは崩れ、回転軸４ｚには軸スラスト力（第１軸スラスト力）が作用している。

【0070】

これらの軸スラスト力は、モータ３の回転数が増加するにつれて大きくなる。そのため、例えば、高速回転が必要な取扱液（例えば、低粘度の取扱液）が送液される場合、軸スラスト力は軸受では吸収することができず、軸スラスト力を打ち消す機構（例えば、バランスピストン、バランスシートなど）が必要となる。この場合、従来ポンプ１ｚ全体が大きくなるだけでなく、回転軸４ｚが長くなる。その結果、高速回転への対応は、難しくなる。また、取扱液が軸受の潤滑に用いられる場合、特に取扱液の粘度が低いと、僅かな軸スラスト力が生じても軸受のベアリングの摺動面に面圧が生じる。その結果、摺動面の温度が上昇して、軸受の寿命が減少する。したがって、軸スラスト力を極力生じさせない構造（理想的には、軸スラスト力が「０」になる構造）が必要となる。

【0071】

●遠心ポンプにおける軸スラスト力
次に、遠心ポンプ１における軸スラスト力が、以下に説明される。以下の説明では、図１～図５も適宜参照される。

【0072】

図６は、遠心ポンプ１における軸スラスト力に対する第２インペラ７の影響を説明する模式部分拡大断面図である。
同図では、説明の便宜上、中央隔壁部２１、回転軸４、第１インペラ６、および第２インペラ７のみが簡略化されて示されていて、凸部７２ｃの図示は省略されている。同図の白抜き矢印は、リターン流れを示している。また、同図では、第２インペラ７に作用する力の理解を容易にするため、第２背面シュラウド７２の外径のみが第１背面シュラウド６２の外径よりも大きく、第２正面シュラウド７３の外径は第１正面シュラウド６３の外径と同じとなるように、第２インペラ７が図示されている。

【0073】

以下の説明において、圧力「Ｐ_ｆ１」は第１インペラ６の第１正面シュラウド６３が第１正面側空間Ｓ１２を流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｒ１」は第１インペラ６の第１背面シュラウド６２が第１背面側空間Ｓ１１を流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｆ２」は第２インペラ７の第２正面シュラウド７３が第２正面側空間Ｓ２２を流れる取扱液から受ける圧力を示していて、圧力「Ｐ_ｒ２」は第２インペラ７の第２背面シュラウド７２が第２背面側空間Ｓ２１を流れる取扱液から受ける圧力を示している。第１インペラ６には、圧力「Ｐ_ｆ１」に基づく力「Ｆ_ｆ１」が後方へ向けて作用していて、圧力「Ｐ_ｒ１」に基づく力「Ｆ_ｒ１」が前方へ向けて作用している。圧力「Ｐ_ｆ１」は圧力「Ｐ_ｒ１」よりも小さいため、第１インペラ６には２つの力の差分（Ｆ_ｒ１－Ｆ_ｆ１）に相当する力（第１軸スラスト力）が前方へ向けて作用している。同様に、第２インペラ７には、圧力「Ｐ_ｆ２」に基づく力「Ｆ_ｆ２」が前方へ向けて作用していて、圧力「Ｐ_ｒ２」による力「Ｆ_ｒ２」が後方へ向けて作用している。第２インペラ７には２つの力の差分（Ｆ_ｒ２－Ｆ_ｆ２）に相当する力（第２軸スラスト力）が後方へ向けて作用している。図６において、細い矢印は、圧力「Ｐ_ｆ１」「Ｐ_ｒ１」「Ｐ_ｆ２」「Ｐ_ｒ２」の大きさを矢印の長さで例示している。太い矢印は、力「Ｆ_ｆ１」「Ｆ_ｒ１」「Ｆ_ｆ２」「Ｆ_ｒ２」の大きさを矢印の長さで例示している。

【0074】

前述のとおり、第２背面シュラウド７２の外径は、第１背面シュラウド６２の外径よりも大きい。そのため、図６に示されるように、第２背面シュラウド７２の受圧面積は、第１背面シュラウド６２の受圧面積よりも大きい。その結果、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」は、従来ポンプ１ｚの第２インペラ７ｚに作用する力「Ｆ_ｒ４」よりも増加する。したがって、第２背面シュラウド７２の外径（すなわち、第２インペラ７の外径）が第１背面シュラウド６２の外径（すなわち、第１インペラ６の外径）よりも大きく設計されることにより、第２インペラ７（回転軸４）に作用する第２軸スラスト力（Ｆ_ｒ２－Ｆ_ｆ２）が第２インペラ７ｚ（回転軸４ｚ）に作用する第２軸スラスト力（Ｆ_ｒ４－Ｆ_ｆ４）よりも大きくなり、回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）は回転軸４ｚに作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）よりも小さくなる（抑制される）。その結果、回転軸４に作用する第１軸スラスト力（Ｆ_ｒ１－Ｆ_ｆ１）と第２軸スラスト力（Ｆ_ｒ２－Ｆ_ｆ２）とは、（略）釣り合う。

【0075】

図７は、遠心ポンプ１における軸スラスト力に対する第２固定オリフィス（第２円筒隙間Ｓ２３および第２リング隙間Ｓ２４）の影響を説明する模式部分拡大断面図である。
同図では、説明の便宜上、第１隔壁部２０、中央隔壁部２１、第２隔壁部２２、回転軸４、第１インペラ６、および第２インペラ７のみが簡略されて示されていて、凸部７２ｃの図示は省略されている。同図の白抜き矢印は、リターン流れを示している。また、同図では、第２固定オリフィスの影響のみを説明するため、第２インペラ７の外径が第１インペラ６の外径と同じとなるように、第２インペラ７が図示されている。

【0076】

前述のとおり、径方向において、第２円筒隙間Ｓ２３の長さは、第１円筒隙間Ｓ１３の長さよりも長い。軸方向において、第２リング隙間Ｓ２４の長さは、第１リング隙間Ｓ１４の長さよりも長い。この構成では、第２正面側空間Ｓ２２に流入した取扱液が第２固定オリフィスで絞られる流量は、第１正面側空間Ｓ１２に流入した取扱液が第１固定オリフィスで絞られる流量よりも少なくなる。すなわち、第２固定オリフィスを流れる取扱液の流量（図７の破線矢印で示される流れの流量）は、第１固定オリフィスを流れる取扱液の流量よりも多くなる。そのため、第２正面シュラウド７３が取扱液から受ける圧力「Ｐ_ｆ２」は、第２固定オリフィスを通過する取扱液の流量が第１固定オリフィスを通過する取扱液の流量と同じ場合の同圧力（図７に破線で示されている）よりも小さくなる。その結果、その結果、第２インペラ７に作用する力（第２軸スラスト力）は、第２固定オリフィスを流れる取扱液の流量が第１固定オリフィスを流れる取扱液の流量と同じ場合の同力よりも大きくなる。したがって、第２固定オリフィスを流れる取扱液の流量が第１固定オリフィスを流れる取扱液の流量よりも多くなるように設計されることにより、第２インペラ７（回転軸４）に作用する第２軸スラスト力が大きくなり、回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）は小さくなる（抑制される）。ここで、通常、第１固定オリフィスを流れる取扱液の流量が多くなると、第１インペラ６の吸込み性能が悪化して、遠心ポンプ１の効率が悪化する。一方、第２固定オリフィスを流れる取扱液の流量が多くなっても、第２インペラ７の吸込み性能への影響は少ない。そのため、本構成では、遠心ポンプ１の性能の多少の悪化は生じ得るものの、回転軸４に作用する軸スラスト力の改善による遠心ポンプ１の効率の向上が同悪化を上回る。

【0077】

次に、前述のとおり、中央隔壁部２１の後面２１ｂには、複数の凹部２１ｄが配置されている。凹部２１ｄは第２背面側空間Ｓ２１に面していて、第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の流れは凹部２１ｄによる干渉を受ける。第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の流れは、第２インペラ７の回転に応じて第２インペラ７と同じ回転方向に旋回する旋回流となっている。すなわち、第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の流れは、旋回成分を多く含んでいる。第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の流れのうち、中央隔壁部２１寄りの一部の流れは、凹部２１ｄ内に流入して、凹部２１ｄの側壁により妨げられる。このとき、凹部２１ｄ内に流入した流れの旋回成分は抑制されると共に、同流れは径方向の内方側および軸方向側へと向きを変える。そのため、同流れは凹部２１ｄ内に流入していない流れにも干渉して、干渉された流れの旋回成分も僅かに抑制される。その結果、第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の流れの旋回成分は、抑制される。取扱液の旋回成分が多いと取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」が減少するため、取扱液の旋回成分が抑制されると取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」は増加する。すなわち、第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液の旋回成分が抑制されることにより、第２インペラ７に作用する力（第２軸スラスト力）が大きくなり、回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）は小さくなる（抑制される）。

【0078】

このように、遠心ポンプ１は、第２背面シュラウドの外径により軸スラスト力（第１軸スラスト力）を抑制する構成（以下「第１抑制構成」という。）、第２固定オリフィスにより軸スラスト力（第１軸スラスト力）を抑制する構成（以下「第２抑制構成」という。）、および、凹部２１ｄにより軸スラスト力（第１軸スラスト力）を抑制する構成（以下「第３抑制構成」という。）を備える。遠心ポンプ１では、回転軸４に作用する軸スラスト力が釣り合うように、第１～第３抑制構成が組み合わされている。

【0079】

図８は、遠心ポンプ１における軸スラスト力に対する凸部７２ｃの影響を説明する模式部分拡大断面図であり、（ａ）は第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合っている状態を示していて、（ｂ）は第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも大きい状態を示していて、（ｃ）は第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも小さい状態を示している。同図では、説明の便宜上、中央隔壁部２１、回転軸４、および第２インペラ７のみが簡略されて示されている。

【0080】

図８（ａ）に示されるように、第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合っている状態では、軸方向において、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）は、所定の位置に配置されている。このとき、軸方向において、凸部７２ｃと中央隔壁部２１の後面２１ｂとの間には、「Ｌ１」の間隔の隙間Ｓ４が形成されている。第２背面側空間Ｓ２１内の取扱液は第２インペラ７の外縁側から内縁側に向けて旋回しながら流れていて、その流量は隙間Ｓ４において絞られている。

【0081】

次に、図８（ｂ）に示されるように、第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも大きい状態では、軸方向において、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）は前方へ移動して、隙間Ｓ４の間隔は狭くなり「Ｌ２」となっている。このとき、凸部７２ｃによる取扱液の絞り量は、多くなる。そのため、第２背面側空間Ｓ２１内において、凸部７２ｃよりも上流側（径方向の外方側）の取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」は、大きくなる。また、円筒空間Ｓ３を流れる取扱液の流量が減少して、第１背面側空間Ｓ１１の取扱液の圧力「Ｐ_ｒ１」が小さくなる。その結果、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」が大きくなり、第１インペラ６に作用する力「Ｆ_ｒ１」が小さくなり、最終的に、第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合うようになる。このように、凸部７２ｃは、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）が前方に移動するにつれて、第２背面側空間Ｓ２１の一部（すなわち、リターン流路ＲＬの一部）を狭めて、回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力、第２軸スラスト力）を釣り合わせている。

【0082】

反対に、図８（ｃ）に示されるように、第１軸スラスト力が第２軸スラスト力よりも小さい状態では、軸方向において、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）は後方へ移動して、隙間Ｓ４の間隔は広くなり「Ｌ３」となっている。このとき、凸部７２ｃによる取扱液の絞り量は、少なくなる。そのため、第２正面側空間Ｓ２２内において、凸部７２ｃよりも上流側の取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」は、小さくなる。また、円筒空間Ｓ３を流れる取扱液の流量が増加して、第１背面側空間Ｓ１１の取扱液の圧力「Ｆ_ｒ１」が大きくなる。その結果、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」が小さくなり、第１インペラ６に作用する力「Ｆ_ｒ１」が大きくなり、最終的に、第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合うようになる。このように、凸部７２ｃは、回転軸４（第１インペラ６、第２インペラ７）が後方に移動するにつれて、第２背面側空間Ｓ２１の一部（すなわち、リターン流路ＲＬの一部）を広めて、回転軸４に作用する軸スラスト力を釣り合わせている。

【0083】

このように、凸部７２ｃは、回転軸４に作用している軸スラスト力に応じて第２正面側空間Ｓ２２内の取扱液の流量（結果として、回転軸４に作用する軸スラスト力）を調整する可変オリフィスとして機能している。

【0084】

前述のとおり、第２背面側空間Ｓ２１は、リング板状の空間である。そのため、周方向に沿う切断面における第２背面側空間Ｓ２１の断面積（流路の横断面積）は、切断面が第２背面シュラウド７２の内縁部に近づくにつれて小さくなる。すなわち、切断面が第２背面シュラウド７２の内縁部に近づくにつれて、軸方向における凸部７２ｃの移動量に対する可変オリフィスの絞り量は増加する。したがって、凸部７２ｃが第２背面シュラウド７２の内縁寄りに配置されていると、軸方向における凸部７２ｃの移動量が小さくても、凸部７２ｃよりも上流側の取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」の変化量は大きくなる。

【0085】

このように、遠心ポンプ１では、第１～第３抑制構成により、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」が大きくなるように設計されている。そのため、回転軸４に作用する第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが完全に釣り合うように第１～第３抑制構成が設計されることにより、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３（リターン流路ＲＬ）を介して第１ポンプ室２３内へ流入していても、回転軸４には、軸スラスト力が作用しない。ここで、本実施形態では、回転軸４に作用する第１軸スラスト力と第２軸スラスト力との釣り合いは、第１抑制調整により凡そ調整（粗調整）されていて、第２抑制構成および第３抑制構成により補助的に調整（微調整）されている。また、仮に、回転軸４に軸スラスト力が作用したとしても、同軸スラスト力は第１～第３抑制構成により僅かな力にまで抑制されているため、その軸スラスト力は可変オリフィスにより容易かつ自動的に調整される。

【0086】

●まとめ
以上説明された実施の形態によれば、遠心ポンプ１は、中央隔壁部２１、第１ポンプ室２３、第２ポンプ室２４、回転軸４、第１インペラ６、および第２インペラ７を備える。中央隔壁部２１は、回転軸４が挿通されている中央貫通孔２１ｃを備える。第１ポンプ室２３は、中央隔壁部２１により第２ポンプ室２４と区画されていて、第２ポンプ室２４の前方に第２ポンプ室２４と並んで配置されている。第１インペラ６の第１吸込口６５は前方に向けられていて、第２インペラ７の第２吸込口７５は後方に向けられている。第１インペラ６と中央隔壁部２１との間には第１背面側空間Ｓ１１が形成されていて、第２インペラ７と中央隔壁部２１との間には第２背面側空間Ｓ２１が形成されていて、第１背面側空間Ｓ１１は円筒空間Ｓ３を介して第２背面側空間Ｓ２１と連通している。第２背面シュラウド７２の外径は、第１背面シュラウド６２の外径よりも大きい。この構成によれば、第２背面シュラウド７２の受圧面積が増加することにより、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」が増加する。そのため、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３を介して第１ポンプ室２３内に流れていても、回転軸４に作用する軸スラスト力は抑制される。したがって、回転軸４に作用する軸スラスト力が釣り合うように第２背面シュラウド７２の外径が調整されることにより、回転軸４に作用する軸スラスト力は最小限まで抑制可能である。

【0087】

また、以上説明された実施の形態によれば、第１インペラ６と第１ポンプ室２３とにより構成される第１ポンプ部Ｐ１に設定される比速度は、第２インペラ７と第２ポンプ室２４とにより構成される第２ポンプ部Ｐ２に設定される比速度よりも大きい。一般的に、比速度が大きくなるにつれて、インペラの羽根間の吸込み側の開口は大きくなり、インペラの外径は小さくなる。そのため、この構成によれば、第１ポンプ部Ｐ１による吸込み性能（吐出流量）が向上すると共に、第２ポンプ部Ｐ２による揚程が向上して、遠心ポンプ１の性能が向上する。また、必然的に、第２背面シュラウド７２の外径が第１背面シュラウド６２の外径よりも大きくなる。その結果、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３を介して第１ポンプ室２３内に流れていても、回転軸４に作用する軸スラスト力は抑制される。

【0088】

さらに、以上説明された実施の形態によれば、遠心ポンプ１は、第１隔壁部２０および第２隔壁部２２を備える。第１インペラ６は、第１正面シュラウド６３、および第１吸込口６５として機能する円筒部６３ｂを備える。第２インペラ７は、第２正面シュラウド７３、および第２吸込口７５として機能する円筒部７３ｂを備える。第１隔壁部２０のうち、大径部２０ｄおよび段部２０ｅは、円筒部６３ｂに対向している。第２隔壁部２２のうち、大径部２２ｄおよび第１段部２２ｅは、円筒部７３ｂに対向している。第２円筒隙間Ｓ２３および第２リング隙間Ｓ２４（第２固定オリフィス）の大きさ（長さ）は、第１円筒隙間Ｓ１３および第１リング隙間Ｓ１４（第１固定オリフィス）の大きさ（長さ）よりも大きい（長い）。この構成によれば、第２正面シュラウド７３が取扱液から受ける圧力「Ｐ_ｆ２」は、第２固定オリフィスを通過する取扱液の流量が第１固定オリフィスを通過する取扱液の流量と同じ場合の同圧力「Ｐ_ｆ２」よりも小さくなる。その結果、第２インペラ７に作用する力（第２軸スラスト力）は、第２固定オリフィスを通過する取扱液の流量が第１固定オリフィスを通過する取扱液の流量と同じ場合の同力（第２軸スラスト力）よりも大きくなる。そのため、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３を介して第１ポンプ室２３内に流れていても、回転軸４に作用する軸スラスト力はさらに抑制される。

【0089】

さらにまた、以上説明された実施の形態によれば、中央隔壁部２１は、８つの凹部２１ｄを備える。凹部２１ｄは、第２背面側空間Ｓ２１に面していて、第２背面側空間Ｓ２１を流れる取扱液の旋回成分を抑制するように構成されている。この構成によれば、取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」は大きくなり、第２インペラ７（回転軸４）に作用する第２軸スラスト力が大きくなり、回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）はさらに抑制される。

【0090】

さらにまた、以上説明された実施の形態によれば、第１背面シュラウド６２の外径および第２背面シュラウド７２の外径は、例えば、第１インペラ６および第２インペラ７が取扱液を吐出しているとき、回転軸４に作用する第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合うように設定されている。この構成によれば、回転軸４に作用する軸スラスト力は、最小限まで抑制される。

【0091】

さらにまた、以上説明された実施の形態によれば、第２インペラ７の第２背面シュラウド７２は、凸部７２ｃを備える。凸部７２ｃは、回転軸４が前方に向けて移動するにつれて第２背面側空間Ｓ２１の一部（リターン流路ＲＬの一部）を狭めて、回転軸４が後方に向けて移動するにつれて同一部を広める可変オリフィスとして機能している。この構成によれば、仮に、回転軸４に軸スラスト力が作用したとしても、同軸スラスト力は第１～第３抑制構成により僅かな力にまで抑制されているため、その軸スラスト力は可変オリフィスにより容易かつ自動的に調整される。

【0092】

さらにまた、以上説明された実施の形態によれば、可変オリフィスは、第２背面シュラウド７２から前方に向けてリング状に突出する凸部７２ｃにより構成されている。この構成によれば、可変オリフィスは、第２背面シュラウド７２の一部を前方に向けて突出させるという簡易な構成により、形成可能である。

【0093】

さらにまた、以上説明された実施の形態によれば、径方向において、凸部７２ｃは、第２背面シュラウド７２の内方寄りに配置されている。周方向に沿う切断面における第２背面側空間Ｓ２１の断面積は、切断面が第２背面シュラウド７２の内縁部に近づくにつれて小さくなる。そのため、この構成によれば、軸方向における凸部７２ｃの移動量が小さくても、凸部７２ｃよりも上流側の取扱液の圧力「Ｐ_ｒ２」の変化量は大きくなる。すなわち、可変オリフィスによる圧力変動の感度が向上する。

【0094】

●変形例●
次に、遠心ポンプ１の変形例が、先に説明した実施の形態（以下「第１実施形態」という。）と異なる点を中心に、以下に説明される。以下の変形例において、説明の便宜上、第１実施形態と同じ部材、および、共通する機能を有する部材には、第１実施形態と同じ符号が付されている。また、以下の変形例において、図１～図８は、適宜参照される。

【0095】

●第１変形例
図９は、第１変形例に係る遠心ポンプ１Ａの模式部分拡大断面図である。
同図では、説明の便宜上、中央隔壁部２１、回転軸４、第１インペラ６、および第２インペラ７のみが簡略指されて示されていて、凸部７２ｃの図示は省略されている。同図の白抜き矢印は、リターン流れを示している。

【0096】

第１変形例に係る遠心ポンプ１Ａでは、第２インペラ７の形状が第１実施形態と異なる。具体的には、第２背面シュラウド７２の外径は第１背面シュラウド６２の外径よりも大きいが、第２インペラ７の第２正面シュラウド７３の外径は第１正面シュラウド６３の外径と同じである。この構成では、第２背面シュラウド７２の受圧面積のみが、第１背面シュラウド６２の受圧面積よりも大きくなる。そのため、第２背面シュラウド７２の外径の拡大量に対する第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」の大きくなる度合いは、第１実施形態における同度合いよりも大きくなる。したがって、本変形例では、第２背面シュラウド７２の外径の拡大量が第１実施形態よりも小さくても、第１実施形態と同様の軸スラスト力の抑制効果が得られる。また、この構成では、図６に示されているような第２背面シュラウド７２の外径のみが大きくなっている構成と比較して、周方向において、第２羽根７１も大きくなっている。その結果、図６に示されている第２インペラ７が取扱液に与える圧力よりも、第１変形例における第２インペラ７が取扱液に与える圧力の方が大きくなる。したがって、第１変形例における第２インペラ７の力（吐出圧力）は、図６に示されている第２インペラ７の力よりも大きくなる。

【0097】

●第２～第４変形例
図１０（ａ）は第２変形例に係る遠心ポンプ１Ｂの模式部分拡大断面図であり、（ｂ）は第３変形例に係る遠心ポンプ１Ｃの模式部分拡大断面図であり、（ｃ）は第４変形例に係る遠心ポンプ１Ｄの模式部分拡大断面図である。

【0098】

第２～第４変形例に係る遠心ポンプ１Ｂ～１Ｄは、可変オリフィスの構成が第１実施形態と異なる。具体的には、第２変形例に係る遠心ポンプ１Ｂでは、第２背面シュラウド７２は凸部７２ｃを備えておらず、中央隔壁部２１が凸部２１ｅを備える。凸部２１ｅは、中央隔壁部２１の後面２１ｂの内縁部寄り（中央貫通孔２１ｃ寄り）に配置されている。凸部２１ｅは、本発明における可変オリフィスの一例である。第３変形例に係る遠心ポンプ１Ｃでは、中央隔壁部２１が凸部２１ｅを備えて、第２背面シュラウド７２も凸部７２ｃを備える。凸部２１ｅと凸部７２ｃとは、相互に対向する位置に配置されている。軸方向において、凸部７２ｃの長さは、第１実施形態における凸部７２ｃの長さよりも短い。凸部２１ｅ，７２ｃは、本発明における可変オリフィスの一例である。第４変形例に係る遠心ポンプ１Ｄでは、第２背面シュラウド７２は凸部７２ｃを備えておらず、中央貫通孔２１ｃの後端部が拡径されていて、拡径部２１ｆおよび段部２１ｇが形成されている。また、回転軸４には、環状部材Ｒが取り付けられている。軸方向において、環状部材Ｒは、第２インペラ７と段部２１ｇとの間に配置されていて、段部２１ｇに対向している。環状部材Ｒは、本発明における可変オリフィスの一例である。これらの構成では、第１実施形態と同様に、回転軸４の前後方向への移動に応じてリターン流路ＲＬの一部の絞り量が変化する。そのため、これらの構成は、第１実施形態と同様の可変オリフィスとして機能する。

【0099】

●第５変形例
図１１は、第５変形例に係る遠心ポンプ１Ｅを示す模式部分拡大断面図である。

【0100】

第５変形例に係る遠心ポンプ１Ｅは、インペラの数が第１実施形態と異なる。具体的には、遠心ポンプ１Ｅは、筐体２Ｅ、モータ３、回転軸４、軸受５１，５２、第１インペラ６、第２インペラ７、第３インペラ８、および第４インペラ９を有してなる。すなわち、遠心ポンプ１は、４つのインペラ（第１インペラ６～第４インペラ９）を備える、４段遠心ポンプである。

【0101】

筐体２Ｅは、モータ３、回転軸４、軸受５１，５２、第１インペラ６～第４インペラ９を収容する。筐体２Ｅは、第１隔壁部２０、中央隔壁部２１、第２隔壁部２２、第１ポンプ室２３、第２ポンプ室２４、連結流路２５、吐出流路２６、吸込管２７、吐出管２８、モータ室２９、前部隔壁部２ａ、後部隔壁部２ｂ、第３ポンプ室２ｃ、第４ポンプ室２ｄを備える。前部隔壁部２ａは、第１隔壁部２０の前方に配置されていて、第１隔壁部２０と共に第３インペラ８を収容する第３ポンプ室２ｃを区画している。後部隔壁部２ｂは、第２隔壁部２２の後方に配置されていて、第２隔壁部２２と共に第４インペラ９を収容する第４ポンプ室２ｄを区画している。第３ポンプ室２ｃは第１ポンプ室２３の前方に第１ポンプ室２３と並んで配置されていて、第４ポンプ室２ｄは第２ポンプ室２４の後方に第２ポンプ室２４と並んで配置されている。連結流路２５は、第１インペラ６により吐出された取扱液を第４インペラ９へ案内する流路である。吸込管２７は、第１隔壁部２０に代えて前部隔壁部２ａに形成されている。

【0102】

第３インペラ８の構成は、第１インペラ６の構成と共通している。第４インペラ９の構成は、回転方向を除き、第１インペラ６の構成と共通している。すなわち、第１インペラ６、第３インペラ８、および第４インペラ９の外径は、相互に同じであり、第２インペラ７の外径よりも小さい。第３インペラ８は、第１インペラ６の前方において回転軸４の前部４ａに取り付けられている。第４インペラ９は、第２インペラ７の後方において回転軸４の前部４ａに取り付けられている。第１インペラ６および第２インペラ７は、第１実施形態と同様に中央隔壁部２１を挟みこむように背中合わせに配置されている。第３インペラ８および第１インペラ６は前方から取扱液を吸い込む前段グループを構成していて、第４インペラ９および第２インペラ７は後方から取扱液を吸い込む後段グループを構成している。遠心ポンプ１Ｅにおいて、取扱液は、吸込管２７、第３インペラ８、第１インペラ６、連結流路２５、第４インペラ９、第２インペラ７、吐出流路２６、吐出管２８の順に流れる。換言すれば、第２インペラ７は、連結流路２５、第４インペラ９を介して、第１インペラ６から吐出された取扱液を吸込み、吐出する。

【0103】

この構成では、第２ポンプ室２４内の取扱液の圧力と第１ポンプ室２３内の取扱液の圧力との差圧は、第１実施形態における同差圧の約２倍となる。そのため、リターン流路ＲＬを流れる取扱液の流量は、第１実施形態における同流量よりも増加する。したがって、リターン流路ＲＬを流れる取扱液により回転軸４に作用する軸スラスト力（第１軸スラスト力）は、第１実施形態における同軸スラスト力よりも大きくなる。このような場合でも、本発明における第１～第３抑制構成および可変オリフィスは、軸スラスト力を抑制して、調整することができる。

【0104】

なお、本変形例において、第４インペラ９の構成は、第２インペラ７の構成と同じでもよい。

【0105】

●その他の実施形態
なお、以上説明された実施の形態では、遠心ポンプ１は、第１抑制構成の他に、第２インペラ７に作用する力「Ｆ_ｒ２」を大きくするための他の構成（第２～第３抑制構成）を備えていた。これに代えて、遠心ポンプ１は、他の構成のうち、一部または全部の構成を備えていなくてもよい。すなわち、例えば、第２固定オリフィスの大きさ（流量）は、第１固定オリフィスの大きさ（流量）と同じでもよい。また、例えば、中央隔壁部２１は、凹部２１ｄを備えていなくてもよい。軸スラスト力の抑制に最も寄与する構成は第１抑制構成であるため、遠心ポンプ１が第１抑制構成を備えていれば、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３を介して第１ポンプ室２３内に流れていても、回転軸４に作用する軸スラスト力は抑制される。ここで、遠心ポンプ１が第１～第３抑制構成のうち第１抑制構成のみを備える場合、第１背面シュラウド６２の外径および第２背面シュラウド７２の外径は、例えば、第１インペラ６および第２インペラ７（すなわち、遠心ポンプ１）が（最高効率点で）取扱液を吐出しているとき、第１軸スラスト力と第２軸スラスト力とが釣り合うように設定されている。すなわち、例えば、吐出量が３０ｍ^３／ｈ、全揚程が６５ｍ、取扱液が水（比重：１、粘度：１ｃＰ）、回転数が３，０００ｒｐｍという条件で２段遠心ポンプが動作するとき、第１インペラ６の外径が１５０ｍｍであり、第２インペラ７の外径が１５８ｍｍであるとき、第１軸スラスト力および第２軸スラスト力は共に２，１００Ｎとなる。ここで、リターン流れの流量は、１０％（３ｍ^３／ｈ）であるものとする。

【0106】

また、本発明において、第２インペラ７は、凸部７２ｃ（可変オリフィス）を備えていなくてもよい。この構成でも、第１～第３抑制構成により、回転軸４に作用する軸スラスト力は、最小限に抑制可能である。

【0107】

さらに、本発明において、中央隔壁部２１は、凹部２１ｄに代えて、凸部を備えていてもよい。この場合、凸部は、例えば、凹部２１ｄと同じ大きさ（体積）を有する。

【0108】

さらにまた、本発明において、凹部２１ｄの数は、本実施の形態の数に限定されない。すなわち、例えば、凹部２１ｄの数は「１」でもよく、「３」以上の奇数でもよく、「８」を除く偶数でもよい。

【0109】

さらにまた、本発明において、中央隔壁部２１は、複数の凹部２１ｄのうち、一部の凹部２１ｄに代えて、凸部を備えていてもよい。すなわち、例えば、中央隔壁部２１は、４つの凹部２１ｄ、および、各凹部２１ｄ間に配置される４つの凸部を備えていてもよい。

【0110】

さらにまた、本発明において、凹部２１ｄの位置は、本実施の形態の位置に限定されない。すなわち、例えば、径方向において、凹部２１ｄの内縁部は、凸部７２ｃよりも外方側に配置されていてもよい。

【0111】

さらにまた、本発明において、凸部７２ｃの位置は、本実施の形態の位置に限定されない。すなわち、例えば、径方向において、凸部７２ｃは、前面７２ｂの中央部、または外縁部に配置されていてもよい。

【0112】

さらにまた、本発明において、第１ポンプ部Ｐ１に設定される比速度は、第１背面シュラウド６２の外径と第２背面シュラウド７２の外径との差分による差異を除き、第２ポンプ部Ｐ２に設定される比速度と同じでもよい。

【0113】

さらにまた、本発明において、遠心ポンプ１が備えるインペラの数は、偶数個であればよく、２つに限定されない。すなわち、例えば、同インペラの数は第５変形例に示されるように「４」でもよく、あるいは、「６」以上でもよい。

【0114】

さらにまた、本発明において、取扱液は、液化ガスに限定されない。すなわち、例えば、取扱液は、水でもよい。

【0115】

●本発明の実施態様●
次に、以上説明された各実施形態から把握される本発明の実施態様について、各実施形態において記載された用語と符号とを援用しつつ、以下に記載する。

【0116】

本発明の第１の実施態様は、モータ（例えば、モータ３）と、前記モータの駆動により回転する回転軸（例えば、回転軸４）と、前記回転軸に取り付けられて、取扱液を吸込み、吐出する第１インペラ（例えば、第１インペラ６）と、前記回転軸に取り付けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を吸込み、吐出する第２インペラ（例えば、第２インペラ７）と、前記第１インペラが収容される第１ポンプ室（例えば、第１ポンプ室２３）と、前記回転軸の軸方向において前記第１ポンプ室と並んで配置されて、前記第２インペラが収容される第２ポンプ室（例えば、第２ポンプ室２４）と、前記回転軸が挿通される挿通孔（例えば、中央貫通孔２１ｃ）を備えて、前記第１ポンプ室と前記第２ポンプ室とを区画する中央隔壁部（例えば、中央隔壁部２１）と、を有してなり、前記軸方向において、前記第２インペラに対して前記第１インペラが配置されている方向が第１方向（例えば、前方向）であり、前記第１方向の反対側の方向が第２方向（例えば、後方向）であり、前記第１インペラは、前記第１方向に向けられて、前記取扱液を前記第１方向側から吸い込む第１吸込口（例えば、第１吸込口６５）と、前記中央隔壁部に対向する第１シュラウド（例えば、第１背面シュラウド６２）と、を備えて、前記第２インペラは、前記第２方向に向けられて、前記第１インペラから吐出された前記取扱液を前記第２方向側から吸込む第２吸込口（例えば、第２吸込口７５）と、前記中央隔壁部に対向する第２シュラウド（例えば、第２背面シュラウド７２）と、を備えて、前記第１インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第１空間（例えば、第１背面側空間Ｓ１１）が形成されて、前記第２インペラと前記中央隔壁部との間には、前記挿通孔と連通する第２空間（例えば、第２背面側空間Ｓ２１）が形成されて、前記第２空間と前記第１空間とは、前記挿通孔を介して互いに連通して、前記第２シュラウドの外径は、前記第１シュラウドの外径よりも大きい、遠心ポンプ（例えば、遠心ポンプ１，１Ａ～１Ｅ）である。
この構成によれば、第２ポンプ室２４内の取扱液が円筒空間Ｓ３を介して第１ポンプ室２３内に流れていても、回転軸４に作用する軸スラスト力は抑制される。

【0117】

本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様における遠心ポンプであって、前記第２インペラと前記第２ポンプ室とにより構成される第２ポンプ部（例えば、第２ポンプ部Ｐ２）に設定される比速度は、前記第１インペラと前記第１ポンプ室とにより構成される第１ポンプ部（例えば、第１ポンプ部Ｐ１）に設定される比速度よりも小さい遠心ポンプである。
この構成によれば、遠心ポンプ１の性能が向上すると共に、回転軸４に作用する軸スラスト力は抑制される。

【0118】

本発明の第３の実施態様は、第１または第２の実施態様における遠心ポンプであって、前記第１インペラに対して前記第１方向側に配置されて、前記中央隔壁部と共に前記第１ポンプ室を区画する第１隔壁部（例えば、第１隔壁部２０）と、前記第２インペラに対して前記第２方向側に配置されて、前記中央隔壁部と共に前記第２ポンプ室を区画する第２隔壁部（例えば、第２隔壁部２２）と、を有してなり、前記第１インペラは、前記第１シュラウドに対して前記第１方向側に配置される第３シュラウド（例えば、第１正面シュラウド６３）、を備えて、前記第２インペラは、前記第２シュラウドに対して前記第２方向側に配置される第４シュラウド（例えば、第２正面シュラウド７３）、を備えて、前記第３シュラウドは、前記第１吸込口を構成する第１円筒部（例えば、円筒部６３ｂ）、を備えて、前記第４シュラウドは、前記第２吸込口を構成する第２円筒部（例えば、円筒部７３ｂ）、を備えて、前記第２隔壁部のうち前記第２円筒部に対向する部分（例えば、大径部２２ｄおよび第１段部２２ｅ）と、前記第２円筒部と、の間の第２隙間（例えば、第２円筒隙間Ｓ２３および第２リング隙間Ｓ２４）は、前記第１隔壁部のうち前記第１円筒部に対向する部分（例えば、大径部２０ｄおよび段部２０ｅ）と、前記第１円筒部と、の間の第１隙間（例えば、第１円筒隙間Ｓ１３および第１リング隙間Ｓ１４）よりも大きい、
である。
この構成によれば、回転軸４に作用する軸スラスト力はさらに抑制される。

【0119】

本発明の第４の実施態様は、第１乃至第３のいずれか１の実施態様における遠心ポンプであって、前記中央隔壁部は、前記第２空間に面して、前記第２空間を流れる前記取扱液の旋回成分を抑制するように構成される少なくとも１の凸部または凹部（例えば、凹部２１ｄ）、を備える、遠心ポンプである。
この構成によれば、回転軸４に作用する軸スラスト力はさらに抑制される。

【0120】

本発明の第５の実施態様は、第１乃至第４のいずれか１の実施態様における遠心ポンプであって、前記第１シュラウドの前記外径および前記第２シュラウドの前記外径は、前記第１インペラおよび前記第２インペラが前記取扱液を吐出しているとき、前記回転軸を前記第１方向に向けて移動させるように作用する第１軸スラスト力と、前記回転軸を前記第２方向に向けて移動させるように作用する第２軸スラスト力と、が釣り合うように設定される、遠心ポンプである。
この構成によれば、回転軸４に作用する軸スラスト力は、最小限まで抑制される。

【0121】

本発明の第６の実施態様は、第１乃至第５のいずれか１の実施態様における遠心ポンプであって、前記第２空間と前記挿通孔とは、前記第２インペラにより吐出された前記取扱液の一部が前記第１空間に流れるリターン流路（例えば、リターン流路ＲＬ）を構成して、前記回転軸が前記第１方向に向けて移動するにつれて前記リターン流路の一部を狭めて、前記回転軸が前記第２方向に向けて移動するにつれて前記一部を広めるように構成される可変オリフィス（例えば、凸部７２ｃ）、を有してなる、遠心ポンプである。
この構成によれば、軸スラスト力は可変オリフィスにより容易かつ自動的に調整される。

【0122】

本発明の第７の実施態様は、第６の実施態様における遠心ポンプであって、前記可変オリフィスは、前記第２シュラウドから前記第１方向に向けて突出する突出部（例えば、凸部７２ｃ）、および／または、前記中央隔壁部から前記第２方向に向けて突出する突出部（例えば、凸部２１ｅ）、により構成される、遠心ポンプ（例えば、遠心ポンプ１、１Ｂ～１Ｄ）である。
この構成によれば、可変オリフィスは、簡易な構成により形成可能である。

【0123】

本発明の第８の実施態様は、第７の実施態様における遠心ポンプであって、前記突出部は、前記回転軸の周方向に沿うリング状で、前記回転軸の径方向において、前記第２シュラウドの内縁部寄りに配置されて、および／または、前記径方向において、前記中央隔壁部の内縁部寄りに配置される、遠心ポンプである。
この構成によれば、可変オリフィスによる圧力変動の感度が向上する。

【符号の説明】

【0124】

１ 遠心ポンプ
２０ 第１隔壁部
２０ｄ 大径部（第１円筒部に対向する部分）
２０ｅ 段部（第１円筒部に対向する部分）
２１ 中央隔壁部
２１ｃ 中央貫通孔（挿通孔）
２１ｄ 凹部
２２ 第２隔壁部
２２ｄ 大径部（第２円筒部に対向する部分）
２２ｅ 第１段部（第２円筒部に対向する部分）
３ モータ
４ 回転軸
６ 第１インペラ
６２ 第１背面シュラウド（第１シュラウド）
６３ 第１正面シュラウド（第３シュラウド）
６３ｂ 円筒部（第１円筒部）
６５ 第１吸込口
７ 第２インペラ
７２ 第２背面シュラウド（第２シュラウド）
７２ｅ 凸部（可変オリフィス）
７３ 第２正面シュラウド（第４シュラウド）
７３ｂ 円筒部（第２円筒部）
７５ 第２吸込口
Ｓ１１ 第１背面側空間（第１空間）
Ｓ１３ 第１円筒隙間（第１隙間）
Ｓ１４ 第１リング隙間（第１隙間）
Ｓ２１ 第２背面側空間（第２空間）
Ｓ２３ 第２円筒隙間（第２隙間）
Ｓ２４ 第２リング隙間（第２隙間）
Ｓ３ 円筒空間（挿通孔）
ＲＬ リターン流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】